黄梅戏二月走出茫然:有线电视传输分配系统

　　1.1、同轴电缆
　　1.1.1、组成
　　同轴电缆由内导体、外导体、绝缘介质和防护套四部分组成。内导体的任务是传输高频电流。外导体除了传输高频电流外，还担负着屏蔽的任务，要使电缆内部的电磁场不受外界的干扰，也不影响外界的电磁场，特别要防止空中的电磁波直接从电缆窜入系统。绝缘介质的作用是阻止沿径向的漏电电流，同时也要对内外导体起支撑作用，使整个电缆构成稳定的整体。绝缘介质的介电常数越小，电缆的衰减量和温度系数（温度升高1℃时电缆衰减量增加的百分数）也越小。各种介质中，空气芯的衰减量和温度系数都是最小的，但无法固定内、外导体，故只能采用半空气芯。半空气芯主要有封闭竹节型（如美国MC2系列电缆）和封闭物理发泡型（如美国QR和TX系列电缆）以及藕芯型等。封闭竹节型是在内、外导体之间放置横向小圆片，把电缆隔成象一节一节的竹节；物理发泡型是把聚乙烯塑料熔化后压进惰性气体，充分搅拌产生许多互相封闭的气孔；藕芯电缆又称为纵孔电缆，这种电缆内部的空气同外界相通，易受潮进水，影响电缆的特性和寿命，不能用于干线，但可在支线网络中使用。防护套用塑料做成，用以增强电缆的抗磨损、抗机械损伤、抗化学腐蚀的能力，对电缆起保护作用。

　　1.1.2、电缆特性
　　1) 同轴电缆的特性阻抗有50Ω、75Ω、100Ω等几种规格，其中75Ω同轴电缆的损耗最小，在有线电视系统中都采用75Ω电缆。
　　2) 由于同轴电缆中内外导体都具有一定的电阻，同时在绝缘介质中也不可避免地存在一些漏电电流，这些都会使电缆发热而损失一部分能量。可以证明，阻抗为75Ω的电缆，单位长度对所传输高频信号的衰减a = 4 .75×10 －2 ( k 1/ D + k 2/ d ) √f +1 .98×10 －4 f√εr dB/km
　　其中f是所传输高频信号的频率，k 1 、 k 2是由内、外导体的材料和形状决定的常数，d、D分别是内、外导体的直径（单位是厘米），εr是绝缘介质的相对介电常数。
　　3) 由于导体电阻、绝缘介质的介电常数等都与温度有一定关系，故同轴电缆的衰减也同温度有关。随着温度的升高，电缆衰减量随之增大。
　　4) 同轴电缆质量的好坏，除了要求阻抗尽可能接近75Ω，衰减尽可能小，温度系数尽可能小以外，还应具有以下特性：屏蔽性能好，结构反射损耗大，以避免反射波造成的重影对图像的影响；机械性能好，即内外导体要连成一个整体，耐折弯，不易变形；防水防潮性能好。

　　1.2、电缆干线
　　在传统的干线传输方式中，干线完全使用同轴电缆。我们知道，在电缆中信号的损失太大，为了使到达用户端的信号具有足够的电平，必须要在干线中加接一些放大器，用放大器的增益来弥补电缆的损失。
　　每加接一台放大器就会引入新的噪声和非线性失真，放大器接得太多，载噪比和非线性失真指标就不能满足系统要求，故干线上所能串接的放大器数目有一定的限度。
　　传输信号的频率越高，系统指标受到的损伤越大，所能串接的放大器数量越少。例如300MHz系统一般可串20台干线放大器，800MHz系统则只能串6～8台。再加上同轴电缆的衰减量与所传输信号频率的平方根成正比，即电缆对高频信号的衰减比对低频信号的衰减要严重，同样两台干线放大器之间容许的电缆越短，这就使800MHz系统所能传输的距离仅为300MHz系统的1/6～1/5。

　　1.3、干线放大器
　　在有线电视系统中，有大量的放大器安装在干线、支线、分支线等线路中，以补偿信号传输过程中电缆造成的损失，使信号在满足一定质量和电平要求的前提下，由前端传输到用户。这些放大器合称为线路放大器。

　　1.3.1、干线放大器工作电平的确定
　　1) 干线放大器的最大输出电平
　　干线放大器的最大输出电平由非线性失真指标来确定。其中，在频道数超过２０个时，主要由载波组合三次差拍比来确定。设干线中共有n台相同的干线放大器，厂家给出的该放大器在满频道工作时，额定输出电平为Ｓa时测得的载波组合三次差拍比指标为（Ｃ／ＣＴＢ）a。若系统设计时分给每台干线放大器的指标为（Ｃ／ＣＴＢ）1，则实际输出电平Ｓo应满足如下关系：
　　（Ｃ／ＣＴＢ）1－（Ｃ／ＣＴＢ）a＝２（Ｓａ－Ｓｏ）
　　因为整个干线系统分配的复合三次差拍比指标为
　　Ｃ／ＣＴＢ＝（Ｃ／ＣＴＢ）1－２０ｌｇｎ．
　　则每台干线放大器在正好满足Ｃ／ＣＴＢ指标要求时的输出电平
　　Ｓo＝Ｓa－（１/２)［Ｃ／ＣＴＢ＋２０ｌｇｎ－（Ｃ／ＣＴＢ）a］
＝Ｓa－（１/２）［Ｃ／ＣＴＢ－（Ｃ／ＣＴＢ）a］－１０ｌｇｎ
　　若放大器的输出电平减小，Ｃ／ＣＴＢ指标会更好，故上面求出的Ｓo实际是干线放大器的最大可用输出电平。干线放大器的工作电平可以比它小，而不能比它大。故实际工作电平
　　Ｓo≤Ｓa－（１/２）［Ｃ／ＣＴＢ－（Ｃ／ＣＴＢ）a－１０ｌｇｎ－３
　　其中Ｓa是厂家给出的额定工作电平，（Ｃ／ＣＴＢ）a是厂家给出的满频道工作时干线放大器的复合三次差拍比指标，C／ＣＴＢ是系统设计时分给干线系统的复合三次差拍比指标，n是干线放大器的台数。
　　1.3.2、干线放大器的最小输入电平
因为每台干线放大器的输入电平都相同，故我们可把干线放大器与两台干放之间的一段电缆统一考虑，认为每台干线放大器（包括两台干放之间的一段电缆）的增益Ｇ1、Ｇ2……Ｇn－-1都是1( 或o dB )，若每台干线放大器的噪声系数都是Ｆ1，则可求出整个干放系统的总噪声系数
　　Ｆ＝F1＋（F2－１)/ G1＋（F3－１) / G1G2＋……＋（Fn－１) /（G1G2……G n-1）
　　＝F1＋（F2－１)＋（F3－１) ＋……＋（Fn－１) ≈F1＋F2＋……＋Fn＝ｎF1
　　用分贝来表示为
　　ＦdB＝Ｆ1dB＋１０ｌｇｎ
　　若第一级干线放大器的输入电平（实际也是每一级干线放大器的输入电平）为Ｓi，则干线系统的载噪比，由（２．4'）式得
　　Ｃ／Ｎ＝Ｓi－ＦdB－２．４＝Ｓi－Ｆ1－２．４－１０ｌｇｎ
　　故正好满足载噪比指标要求的最小可用输入电平为
　　Ｓi＝Ｃ／Ｎ＋Ｆ1dB＋２．４＋１０ｌｇｎ
　　实际输入电平
　　Ｓi≥Ｃ／Ｎ＋Ｆ1dB＋２．４＋１０ｌｇｎ＋３
　　＝Ｃ／Ｎ＋Ｆ1dB＋５．４＋１０ｌｇｎ
　　其中３ｄＢ仍是为了设计时留有余地而引入的。

　　1.3.3、干线传输的最远距离
　　当干线放大器的级数n确定后，放大器的最大输出电平Ｓo和最小输入电平Ｓi都确定了。二者之差称为放大器的极限增益。实际放大器的增益绝不能超过这个极限增益，否则，不是输出电平太高，使Ｃ／ＣＴＢ指标不满足要求，就是输入电平太低，使Ｃ／Ｎ指标不满足要求。显然，放大器的实际增益比这个极限增益小得越多，系统指标越好。
　　当干线放大器的级数为ｎ时，可求出极限增益
　　Ｇm＝Ｓo－Ｓi＝Ｓo′－Ｓi′－２０ｌｇｎ
　　则干线系统的电长度
　　L e＝Gm·ｎ＝ｎ（Ｓo′－Ｓi′）－２０nｌｇｎ
　　对上式求极值，可得出干线最长时的放大器级数
　　ｎo＝１０（Ｓo′－Ｓi′）／２０－1
　　则干线的最长距离（电长度）
　　Lem＝Ｇm·ｎo＝２×１０（Ｓo′－Ｓi′）／２０
　　与系统分得的载噪比指标Ｃ/Ｎ、复合三次差拍比指标Ｃ／ＣＴＢ以及放大器的性能有关。

　　1.3.4、注意事项
　　放大器的种类很多，用途不同，使用的范围也不同；即使是同一类放大器，不同厂家生产的产品所能达到的指标、规格不同，寿命和可靠性也不同。在选购、使用放大器时要注意以下几点。
　　1. 正确选择合适的放大器，要按照系统的大小，放大器设置的场所，接收的频段等来选择。例如在强场区要选择输出电平高的放大器，在弱场区要选择噪声低的放大器；在前端要用输出电平较高的频道放大器；在传输线路中要用宽带放大器；大型系统要用干线放大器，中小系统可用一般线路放大器或支干线放大器。
　　2. 放大器的实际输出电平取决于系统设计中指标的分配，但一般应低于标称最大输出电平3～5dB。这样，即使由于偶然原因使放大器的输入电平提高，输出电平仍不高于最大输出电平，以满足交调、互调、复合三次差拍比等非线性失真指标。
　　3. 在具有AGC、ASC的干线放大器中，应使其常温下的输入电平与标称值一致。这样才能使AGC、ASC的调整点在指定位置，有效地发挥AGC、ASC的作用。
　　4. 尽量减少串接放大器的个数，以减少噪声和交调，特别是接近或等于最大输出电平的放大器不能超过三个。一般说来，在300MHz系统，可以串两台分配放大器；在全频道系统则只能串一台。
　　5. 干线放大器一般在中等电平下工作，使非线性失真尽可能小。否则，若干线放大器的增益和输出电平太高，则串联不了几台就会使系统指标变坏。而分配放大器则应在高电平下工作，以带动更多的用户。
　　6. 经费允许时，应尽可能选择标称输出电平较高的放大器。

　　2、用户分配网络
　　2.1、分类
　　1 .星形分配网络
　　这种分配网络的特点是从一中心向四周分配，适用于放大器数量多，中心站集中分配情况。这种方式特别适合于具有双向传输功能的系统，便于中心站对各用户信号进行直接控制与管理。

　　2 .树枝形分配网络
　　这种分配网络是通过分配放大器，干线桥接放大器、分配器、分支器等，象树枝那样，一分二、二分四地把一路干线信号分给多路支干线。这种网络适用于放大器级联数较多，传输距离较远情形。
实际有线电视系统常常采用星形网络与树枝形网络相结合组成的网络，从前端到各中心前端是采用树枝型网络，从分前端到用户采用星形分配网络。

　　3 .环形分配网络
　　这种分配网络的各放大器组成一个环形。它适用于城市间，或城市小区间联网的双向传输系统。其特点是各部分直接传输信号，而不象星形网络那样还需经过一中心站的转接。如果组成双向环形网或由若干个互相搭界的环形组成多环网络，则在其中一个环形线路中出现故障时，可立即把信号转移到其它环路上传输，而避免了环路的中断。
　　2.2、基本要求
　　1 .为了电视信号最大量的传输，减少反射波，抑制重影，在输出端、输入端、传输线、负载间都要有良好的阻抗匹配。除了选择特性阻抗为75Ω的元、器件外，还要实行正确的联接，不能采用简单的串联或并联。
　　2 .各用户之间要有良好的隔离度，不能让用户之间的信号互相影响，也不能干扰主路输入的正常工作。
　　3 .各用户的电平应大体均匀分配。行标GY/T106-92要求为60～80dBμν，邻频系统最好为67±7dBμν。太高容易使电视机过载，产生非线性失真，过低则不能保证一定的载噪比，使屏幕上雪花干扰严重，影响图像。一般说来，在强场区选择较高电平，可使前重影等到改善；在干扰较重地区也应适当提高电平，以满足一定的载噪比。

　　2.3、分配网络的形式
　　从分配放大器或楼幢放大器出来的信号，要经过大量的分配器、分支器等无源器件分配到各个用户。一般的分配网络，主要有下列四种形式。

　　１．分配--分配网络
　　这是一种全部由分配器组成的网络。它适用于平面辐射系统，多用于干线分配。其分配损失是各分配器的分配损失和电缆损失之和。通常采用两级分配器，每一级都可使用二分配器、三分配器和四分配器。若全部采用四分配器，可把一路信号分成十六路，且各路电平大体相等；在不考虑电缆损失的情况下，各路电平比分配放大器输出电平下降１４～１６ｄＢ。当第二级采用不同分配器时，各路电平不同。
　　这种方式的优点是分配损失较少，在理论上可以带动更多的用户。例如，若分配放大器输出１１８ｄＢμＶ，电缆损失为１５ｄＢ，采用五级四分配器，每一路的分配损失为７．５×５＝３８．５ｄＢ
　　则每一路输出电平为１１８－１５－３８．５＝６４．５ｄＢμＶ
　　完全符合国标要求。而且留有一定余地。这样，总共能带动的用户数为４5＝１０２４户
　　比其它分配网络带动的用户数要多得多。但若其中某一路用户空载，就会破坏整个系统的阻抗匹配，严重影响图像质量。因而这种方式不能直接用于用户分配，而只用于线路分配。若某一路输出暂时不用时，一定要注意接上７５Ω的负载电阻，才能保证其它各路正常工作。

　　２．分支--分支网络
这是一种全部采用分支器组成的网络。这种网络中，把前面分支器的支线作为后面分支器的干线。需要注意的是，这里连成一串的分支器应选用分支损失不同的分支器；越靠近输入端的分支损失越大，插入损失越小。
　　这种方式的分配损失较大，所能带动的用户比分配--分配网络要少，其优点是有的电视机不用时对系统影响小，但在线路终端也一定要接７５Ω负载。这种网络特别适用于用户数不多，而且比较分散的情况。

　　３．分配--分支网络
　　这是一种由分配器和分支器混合组成的网络。先由分配器把一条干线分成若干条支线，每条支线上再串接若干分支器组成这种分配网络。这种方式集中了分配器分配损失小和分支器不怕空载的优点，既能带动较多的用户，某些电视机不开时对系统影响也不大，在实际的分配网络中都采用这种方式。这种方式中每一条分支电缆串接的分支器不能太多。在邻频系统中一定不能超过八个。还要注意在终端接上７５Ω负载。

　　４．分配--分支--分配网络
　　这种网络是在上一种网络中每一个分支器后再加一个四分配器（实际使用的是四分支器）组成。其优点是带的用户更多，也要注意各用户终端（四分支器的输出端）尽量不要空载。因为一般分配器（或四分支器）的相互隔离在２０ｄＢ左右，不满足邻频传输的要求，故邻频传输时尽量不采用这种网络，以避免同一分支器的四个用户之间互相干扰，降低图像质量。